Spectrophotométrie. Spectrophotomètre CCD2. Réf : Français p 1. Version : 6102

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1 Français p 1 Version : 6102

2 1 Avant-propos et description Chère cliente, cher client, nous vous remercions d'avoir choisi notre Spectrophotomètre CCD2 pour réaliser vos TP. Avec le et son logiciel, quelques clics suffisent pour réaliser et exploiter vos acquisitions. Sources d'information : Le présent manuel de l'utilisateur vous fournit les informations nécessaires pour utiliser facilement et rapidement le et son logiciel intégré. Une aide en ligne (onglet aide du logiciel) reprend, sous une forme optimisée : tutoriel et TPs contextualisés. Bonne découverte et bon travail avec le. 1.1 Description générale Contenu du colis - - Bloc d alimentation 12 V 5 A - Cordon USB - Logiciel embarqué multispectro Caractéristiques techniques - Capteur CCD Linéaire 3600 pixels - Fente d entrée 0,1 mm - Réseau : 600 traits/mm - Source lumineuse large bande : 380 à 860 nm La configuration informatique minimum est XP / Seven 32 & 64 bits / Windows Expériences réalisables - Mesure d absorbance / transmittance - Expérience de Beer-Lambert - Suivi de cinétique : traditionnelle et 3D - Étude de filtres ou solutions coloré(e)s Connexion / Mise en marche 1- Allumer l ordinateur 2- Brancher l appareil sur le secteur avec le bloc alimentation fourni 3- Connecter l appareil à l ordinateur avec le cordon USB fourni 4- Le message suivant va apparaître, cliquer sur exécuter : FRANÇAIS 1

3 5- Une fois le logiciel lancé, la fenêtre suivante apparaît et la source lumineuse du spectrophotomètre s allume : Allure du spectre émis par la source lumineuse Le spectre émis peut avoir deux allures distinctes sans impacter la mesure. Les exemples ci-après permettent de mettre en évidence une évolution de l intensité lumineuse en fonction de la longueur d onde dans la partie orange/rouge i.e. au-delà de 550 nm. Si l allure du spectre émis brut est différente de ces deux captures, alors, il est possible que l une de vos sources lumineuses doive être remplacée. Contacter notre S.A.V. par (sav@jeulin.fr) en envoyant votre capture d écran et le temps d intégration indiqué avec ajustement automatique activé. FRANÇAIS 2

4 1.2 L appareil Plage de mesures La plage spectrale de l appareil s étend de 380 à 860 nm. La plage d absorbance s étend de 0 à 2,5. La plage de temps d intégration s étend de 0,1 ms à 5 s. L appareil mesure une absorbance (sans unité) ou une transmittance (en %) Porte cuve Le porte cuve est conçu pour recevoir : - Des cuves de spectrophotométrie : 10 x 10 mm - Des tubes à essais jusqu à 12 mm - Des filtres colorés diapos ou disques Remarque : Attention à enfoncer la cuve jusqu à entendre le «clic» Etalonnage / changement de lampe Vous ne pouvez en aucun cas procéder au remplacement de la lampe. Pour tout remplacement, adressez-vous à notre S.A.V Nettoyage de l appareil L appareil peut être nettoyé avec un chiffon doux. Ne verser aucun produit sur l appareil. 2 Logiciel Le logiciel du permet de réaliser des acquisitions expérimentales de façon simple et rapide. 2.1 Utilisation du logiciel En mode connecté Dès la connexion de l appareil à votre ordinateur, vous avez pu constater que le logiciel se lance automatiquement : le logiciel est intégré à l appareil En mode déconnecté Vous pouvez utiliser l appareil en mode déconnecté. Pour cela, brancher l appareil sur le poste de votre choix et procéder à un clic droit dans le poste de travail sur «Logiciels spectro». Choisir «Installer le logiciel» et suivre la procédure indiquée Les paramètres de configuration En procédant par un clic droit, dans le poste de travail, sur «configuration du logiciel Spectro», vous aurez accès aux paramètres de configuration de l appareil : Les différents paramètres accessibles sont : - Lignes 5004 et 5005 Les bornes min (jusqu à : 360 nm) et max (jusqu à 900 nm). Attention : les mesures sur les bords du spectre sont de qualités inférieures en comparaison avec celles en centre de bande spectrale. - Ligne 5006 Vous pouvez choisir de permettre à vos élèves d avoir de façon automatique la concentration de la solution inconnue. Si vous préférez leur faire déterminer par calcul alors, il faut choisir : «non». - Ligne 5007 Dans l onglet Beer-Lambert (onglet n 3), vous pouvez choisir le nombre de chiffres significatifs pour la concentration déterminée par la loi de Beer-Lambert. FRANÇAIS 3

5 - Ligne 5008 Dans l onglet Beer-Lambert (onglet n 3), vous pouvez choisir d afficher ou non le coefficient «b» de la droite d étalonnage de la loi de Beer-Lambert. - Ligne 5009 Vous pouvez, dans le 3 ème onglet, modifier le nom de l onglet. A=f(X) : acquisition en fonction d un paramètre choisi manuellement Beer-Lambert : si vous souhaitez préciser la loi utilisée Vous pouvez également choisir le nom de votre choix. - Ligne 5020 Comme la mesure d absorbance peut fluctuer en fonction de la qualité de vos échantillons, vous pouvez choisir de la moyenner ou non. Si vous activez le lissage, en rentrant une valeur vous choisissez le nombre d échantillons servant dans le calcul de la moyenne. 2.2 Les onglets Le logiciel se compose de 5 onglets : Emission, Absorbance, Beer-Lambert, Cinétique et Cinétique 3D. Vous trouverez ci-dessous les détails d utilisation Emission À travers l onglet Emission, vous pourrez acquérir les spectres de la source lumineuse. Référez-vous à la partie de gauche de la fenêtre pour tous les paramètres : réglages et acquisitions. - Lecture Pause Le bouton : permettra d activer ou non la lecture en temps réel du signal reçu par la barrette CCD. - Temps d intégration Le temps d intégration ou gain est réglable manuellement ou, par défaut, automatiquement. - Correction de sensibilité La sensibilité de l appareil est telle que l appareil est moins sensible en bord de bande spectrale. Afin de tenir compte de la sensibilité de l appareil, vous pourrez sélectionner la prise en compte de la correction de sensibilité. - Prise en compte du noir Le boîtier du spectrophotomètre peut, dans le temps et par usure, se déformer légèrement. Afin de compenser le bruit optique, dit «bruit noir» dû à la lumière non désirée reçue par le capteur, procéder à une mesure de noir. Puis activer la prise en compte du noir. - Lissages Deux types de filtrages peuvent être activés. Filtrage spatial Le filtrage spatial vise à éviter les pics d information contenu dans le signal. Utilisez-le uniquement si la résolution spatiale n est pas importante dans vos expériences. Filtrage temporel Le filtrage temporel permet de lisser dans le temps afin d éviter le bruit lié à des fluctuations de la source lumineuse. Utilisez-le uniquement si la résolution temporelle n est pas importante dans vos expériences. À noter : plus la valeur choisie est grande et plus le lissage est important. Attention : si ces lissages sont activés, ils seront actifs dans tous les onglets. FRANÇAIS 4

6 - Acquisition Pour procéder à l acquisition de la courbe visible dans la partie graphique, entrez un nom et cliquez sur «conserver». À l aide de l icône : courbe. À chaque abscisse correspond une longueur d onde., colorez l aire sous la À noter : vous pourrez observer, dans la partie graphique : le spectre de raie de la source lumineuse brute ou filtrée par un élément (filtre, cuve contenant une solution colorée). En zoomant sur le graphique et ce spectre de raie simultanément, le zoom des deux zones est visible. Voir partie pour l allure du spectre émis par les sources lumineuses. Spectre émis en situation de source lumineuse + filtre : bleu / vert. En cliquant sur le bouton : puis en faisant un clic droit sur le fond du graphique, vous pouvez obtenir l image ci-dessous. FRANÇAIS 5 Coloration de l aire sous la courbe + fond noir.

7 2.2.2 Absorbance Dans l onglet absorbance, l objectif des mesures est de déterminer l absorbance - ou densité optique - d une solution ou d un filtre pour toutes les longueurs d onde. L un des usages fort est de déterminer la longueur d onde pour laquelle l absorbance d une solution est maximum. La première étape est de calibrer l appareil. Pour cela, il est conseillé de maintenir l ajustement automatique du temps d intégration. Positionner votre cuve remplie de solvant pour la mesure du spectre de référence. Vérifier qu aucun filtre n est placé dans le porte-cuve. À noter : l appareil procède également à la mesure de noir pour éviter la prise en compte du bruit optique pouvant perturber la mesure. Insérez une cuve ou un filtre à étudier. Observer les spectres d absorbance et de transmittance pour toutes les longueurs d onde en temps réel. Pour figer la courbe, entrez un nom de solution (ou de filtre) et cliquez sur «conserver». À noter : la dernière partie de cet onglet présente un cercle chromatique. Ce cercle a pour but de déterminer la couleur de la solution (filtre) en fonction de la longueur d onde (couleur) observée. Exemple de courbe obtenue : Détermination de λ max d une solution de KMnO4 - FRANÇAIS 6

8 On observe que la valeur d absorbance est ici négative pour une valeur de longueur d onde inférieure à 420 nm. Cela est dû au fait que, dans cette zone, l amplitude du signal est faible et proche de zéro avec l utilisation d une cuve en polystyrène. De plus, la source lumineuse a pu évoluer entre la calibration et l acquisition. Pour s affranchir de ces valeurs négatives, la source lumineuse doit être allumée durant 20 minutes avant calibration et mesures. À noter : cela ne perturbe pas la mesure pour λ max Beer-Lambert La loi de Beer-Lambert est souvent utilisée pour déterminer la concentration d une solution inconnue. Pour toute expérience dans cet onglet, il est indispensable de laisser la source lumineuse allumée durant 20 minutes avant toute acquisition. En effet, vous allez avoir besoin d une source stabilisée afin de comparer les absorbances, à une longueur d onde donnée et pour différentes concentrations. L expérience peut durer quelques minutes. LA SOURCE DOIT ÊTRE STABLE. Rappels : La loi de Beer-Lambert permet de mettre en évidence la proportionnalité entre l absorbance d une solution pour une longueur d onde choisie et la concentration de cette solution. Cette loi est régie par la relation suivante : Où : est le coefficient d extinction molaire (en m 3.mol -1.cm -1 ) l : la longueur du trajet optique en cm c : la concentration en mol.l- 1 Limites d application : La loi de Beer-Lambert est valide pour des solutions diluées. Lorsque la concentration des solutions à mesurer est trop élevée, les propriétés des molécules évoluent. Par ailleurs, le spectrophotomètre CCD2 est calibré pour permettre les mesures d absorbance entre 0 et 2,5 Abs. Expérience : La première étape est de calibrer l appareil. Pour cela, il est conseillé de maintenir l ajustement automatique du temps d intégration. Positionner votre cuve remplie de solvant pour la mesure du spectre de référence. Vérifier qu aucun filtre n est placé dans le porte-cuve. À noter : l appareil procède également à la mesure de noir pour éviter la prise en compte du bruit optique pouvant perturber la mesure. Choisir une longueur d onde de travail. Cette longueur d onde peut être choisie arbitrairement ou en fonction d une expérience d absorbance qui aura permis de déterminer la longueur d onde pour laquelle l absorbance de la solution est maximale. Choisir, ensuite, le nom de la grandeur à positionner en abscisse et son unité. En général, la variable est la concentration. Son unité est le mol.l -1. Mais vous pouvez choisir une autre variable (la température par exemple) ou une autre unité mmol.l -1 par exemple. Positionner dans le porte-cuve, tour à tour, les cuves de solution dont la concentration est connue. Entrer, pour chaque solution, la valeur de la variable X connue. Lorsque toutes les mesures d absorbance de vos solutions connues sont réalisées, tracer la droite d étalonnage. Positionner alors la cuve contenant une solution de concentration inconnue et déterminer son absorbance. En déduire sa concentration. À noter : en cliquant sur le bouton «mesure», afficher l absorbance et la concentration en un clic! FRANÇAIS 7

9 Exemple de résultat : Échelle de teinte (KMnO 4 - ) Expérience de Beer-Lambert pour solutions de KMnO 4 - de concentrations C=0mol.L -1 à C = mol.l -1 par pas de mol.l Cinétique Le suivi cinétique d une solution permet de déterminer le temps de demi-réaction. Son intérêt est de fournir une échelle des temps caractéristique du système étudié. Il permet d évaluer le temps nécessaire à l achèvement de la transformation chimique étudiée. Pour toute expérience dans cet onglet, il est indispensable de laisser la source lumineuse allumée durant 20 minutes avant toute acquisition. En effet, vous allez avoir besoin d une source stabilisée afin de comparer les absorbances, à une longueur d onde donnée, en fonction du temps. L expérience peut durer quelques minutes. LA SOURCE DOIT ÊTRE STABLE. La première étape est de calibrer l appareil. Pour cela, il est conseillé de maintenir l ajustement automatique du temps d intégration. Positionner votre cuve remplie de solvant pour la mesure du spectre de référence. Vérifier qu aucun filtre n est placé dans le porte-cuve. À noter : l appareil procède également à la mesure de noir pour éviter la prise en compte du bruit optique pouvant perturber la mesure. Pour procéder au suivi cinétique de votre solution, préparer la solution à suivre et positionner la cuve dans le porte-cuve. Choisir «absorbance» ou «transmittance» en fonction de la variable à suivre et entrer une à deux longueurs d onde à suivre dans le temps. À noter : il peut être intéressant de suivre deux longueurs d onde dans le cas où l un des produits correspond à une longueur d onde et l un des réactifs à une autre. FRANÇAIS 8

10 Exemple d acquisition : FRANÇAIS 9 Exemple de cinétique obtenue pour deux longueurs d onde différentes. Le temps de ½ réaction (sous-entendu d un réactif donné) est la durée pour laquelle la concentration de ce réactif aurait diminué de moitié. Ce temps sera noté t 1/2. On peut alors écrire : x(t 1/2 )=1/2.x final Pour déterminer t 1/2 dans le cas d une réaction totale, déterminer x final puis x final /2 et enfin, t1/2 en suivant la droite verticale passant par la courbe et dont l ordonnée est x final /2. Pour aller plus loin, utiliser les outils de modélisation situés dans Affichage/Modélisation. Les expériences avec présence de gaz dans les solutions ne permettent pas une étude en situation d intensité lumineuse stable dans le temps. En effet, le trajet optique est modifié par la présence de bulles. Ainsi, nous déconseillons, par exemple, l expérience : H 2 O 2 + KI Cinétique 3D À travers l onglet cinétique 3D, procéder à un suivi cinétique pour toutes les longueurs d onde en fonction du temps. L onglet se décompose en plusieurs zones : - Etape 1 : Calibration (identique aux onglets précédents) - Etape 2 : Réglage des paramètres d acquisition En paramétrant les temps entre deux acquisitions, le logiciel vous donne la durée maximale d acquisition. En effet, l appareil peut acquérir jusqu à 50 courbes. À chaque courbe correspond un instant t. Si vous le souhaitez, vous pourrez entrer un délai avant le démarrage de l acquisition. Si vous ne connaissez pas la durée de la réaction à observer, vous pourrez travailler en acquisition continue. Auquel cas, deux modes sont proposés : - Par suppression des premières courbes. L appareil acquière 50 courbes, puis, sans action de l expérimentateur, il continue les acquisitions en supprimant une courbe pour chaque nouvel instant acquis. - Par suppression d une courbe sur deux L appareil acquière jusqu à 50 courbes, puis, sans action de l expérimentateur, il continue les acquisitions en supprimant une courbe sur deux. Attention : cela implique que le temps entre deux acquisitions sera modifié. En effet, il sera multiplié par 2 à chaque cycle d acquisition.

11 La zone graphique est dissociée en 4 zones. 1. Spectre en temps réel 2. Spectre : A=f(λ) représenté à l instant t choisi à l aide du curseur : 3. Cinétique A=f(t) représentée pour la valeur de la longueur choisie à l aide du curseur situé sur le panneau de contrôle à gauche : 4. Cinétique 3D : A=f(t,λ) représentée pour toutes les valeurs de longueurs d onde et de temps. Remarque : la courbe 3D peut être tournée pour choisir l angle de vue du spectre 3D. Cette expérience permettra de suivre toutes les longueurs d onde en fonction du temps. Ainsi, si vous ne connaissez pas la longueur d onde max, vous aurez toutes les informations pour extraire la cinétique de plus grande dynamique et donc, la meilleure cinétique. Outil d affichage supplémentaire, le carré vert vous permettra de représenter en grand l encart de votre choix. En cliquant à nouveau sur le carré de votre choix, revenez à la représentation en 4 zones. La première étape est de calibrer l appareil. Pour cela, il est conseillé de maintenir l ajustement automatique du temps d intégration. Positionner votre cuve remplie de solvant pour la mesure du spectre de référence. Vérifier qu aucun filtre n est placé dans le porte-cuve. À noter : l appareil procède également à la mesure de noir pour éviter la prise en compte du bruit optique pouvant perturber la mesure. FRANÇAIS 10

12 3 Diagnostics d erreurs Si, en cliquant sur calibration, l appareil refuse la calibration pour «manque de lumière», alors, vérifier par les orifices d ouverture que la lampe est allumée puis vérifier le spectre émis (onglet 1). Si la lampe est éteinte, quitter le logiciel, débrancher et reproduire la calibration. Si la lampe reste éteinte, contacter notre S.A.V. (voir dernier chapitre de cette notice). Si la lampe est allumée, rendez-vous dans l onglet 1 : spectre émis et vérifier l allure du spectre émis. Reproduire l étape de calibration. Si après quelques essais la calibration n est pas acceptée par l appareil, alors contacter notre S.A.V. en vous munissant de la courbe émise et de la capture d écran montrant le non fonctionnement. Dans l onglet Beer-Lambert : Si la courbe ne passe pas par zéro, plusieurs hypothèses : - Avez-vous procédé à l étape de calibration en plaçant une cuve remplie de solvant dans l appareil? - Avez-vous attendu 20 minutes avant de procéder à la calibration? - Avez-vous acquis le point de concentration : C=0 mol.l -1? À noter : Les expériences avec présence de gaz dans les solutions ne permettent pas une étude en situation d intensité lumineuse stable dans le temps. En effet, le trajet optique est modifié par la présence de bulles. Ainsi, nous déconseillons, par exemple, l expérience : H 2 O 2 + KI. 4 Service après-vente Pour tous réglages, contacter le Support Technique au La garantie est de 2 ans. Le matériel doit être retourné dans nos ateliers pour toutes réparations ou pièces détachées, veuillez contacter : JEULIN S.A.V. 468 rue Jacques Monod CS EVREUX CEDEX France * * 0,15 TTC/min. à partir un téléphone fixe FRANÇAIS 11

13 Assistance technique en direct Une équipe d experts à votre disposition du lundi au vendredi de 8h30 à 17h30 Vous recherchez une information technique? Vous souhaitez un conseil d utilisation? Vous avez besoin d un diagnostic urgent? Nous prenons en charge immédiatement votre appel pour vous apporter une réponse adaptée à votre domaine d expérimentation : Sciences de la Vie et de la Terre, Physique, Chimie, Technologie. Service gratuit* choix n 3** * Hors coût d appel. 0,15 e TTC/min à partir d un poste fixe. ** Numéro valable uniquement pour la France métropolitaine et la Corse. Pour les DOM-TOM et les EFE, composez le Direct connection for technical support A team of experts at your disposal from Monday to Friday (opening hours) You re looking for technical information? You wish advice for use? You need an urgent diagnosis? We take in charge your request immediatly to provide you with the right answers regarding your activity field : Biology, Physics, Chemistry, Technology. Free service* ** * Call cost not included. ** Only for call from foreign countries. Aide en ligne FAQ.jeulin.fr 468, rue Jacques-Monod, CS 21900, Evreux cedex, France Métropole Tél : Fax : support@jeulin.fr International Tél : Fax : export@jeulin.fr SAS au capital de e - TVA intracommunautaire FR Siren RCS Evreux